CN102877073A - 一种CrNiMo系钢材料加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种CrNiMo系钢材料加工工艺，包括步骤为：采用电渣重熔技术，以重量百分比计C：0.14～0.19％、Cr：1.5～1.8％、Si：0.17～0.35％、Mn：0.4～0.6％、Mo：0.25～0.36％、Ni：1.4～1.7％、P：0～0.035％、S：0～0.030％获得钢锭并锻造，而后进行正火和高温回火处理、再进行渗碳处理、再一次高温回火处理和油冷淬火处理，最后低温回火处理完成加工。本发明通过简单易操作的热处理加工工艺来保证产品质量，解决煤机承载件失效问题，提高产品使用寿命，降低生产加工成本。

Description

一种CrNiMo系钢材料加工工艺
技术领域
本发明涉及一种钢材的加工方法，特别是涉及一种加工齿轮用CrNiMo系钢材料加工工艺，属于金属材料加工技术领域。
背景技术
国内煤机重载齿轮最为广泛使用是高淬透性渗碳钢CrNiW，由于CrNiW系钢具有较高的淬透性，良好的耐磨性以及很高的接触疲劳和抗弯曲疲劳性能，一直被运用在煤矿机械重载齿轮及其它大型机械主要承载件上，如高速柴油机、航空发动机曲轴、套齿、法兰盘等。然而在矿井下极其恶劣的工作环境中，承载件经常要承受较大冲击载荷和传动功率，采用此种材料的承载件有明显的局限性，如采煤机齿轮在煤矿实际使用中常发生断齿的早期失效；采煤机行走箱行走轮在高强度、高负荷的恶劣的采矿条件下往往提前失效，使用寿命不能达到预期，其失效的形式通常为：轮齿折断、齿面深度磨损、齿面点蚀和齿面胶合，其中以轮齿折断最为致命、深度磨损其次。行进过程中行走轮时常发生的冲击、卡死、过度磨损、突然断齿的现象严重影响了采煤机的质量和工作效率，。同时，这种材料的价格偏高，热处理工艺过于复杂，因此其热处理加工成本也很高。
申请人在分析热处理工艺过程并结合实际使用情况后发现：(1)CrNiW材料虽然有比较良好的耐磨性，又具有很高的接触疲劳和抗弯曲疲劳性能，但由于该材料淬透性极好，再加上原材料含碳量基本上在上限，渗碳淬火后造成心部硬度偏高，使韧性、塑性指标下降，从而导致采煤机在煤矿实际使用中常发生断齿的早期失效；(2)CrNiW的热处理工艺过程复杂，其预先热处理采用正火+一次或多次回火，淬火后又需多次高温回火控制奥氏体，但是多次加热、冷却，残余奥氏体量难以控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种CrNiMo系钢材料加工工艺，通过简单易操作的热处理加工工艺来保证产品质量，提高煤机使用寿命，降低生产加工成本。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是这样的：一种CrNiMo系钢材料加工工艺，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：采用电渣重熔技术，控制钢中合金元素的含量，以重量百分比计C：0.14～0.19％、Cr：1.5～1.8％、Si：0.17～0.35％、Mn：0.4～0.6％、Mo：0.25～0.36％、Ni：1.4～1.7％、P：0～0.035％、S：0～0.030％获得钢锭，而后对钢锭进行锻造；
步骤二：对工件进行预先热处理工艺，所述预先热处理工艺包括正火工艺和高温回火工艺，所述正火工艺为将工件加热至600～700℃保温2～6小时后再加热至890～950℃保温3～10小时后空冷，所述高温回火工艺为将正火后工件加热至650～700℃保温4～10小时后空冷；
步骤三：对预先热处理后工件进行渗碳处理，所述渗碳处理为将工件加热至920～950℃，在渗碳介质中渗碳9～15小时，渗碳后随炉冷却至800～880℃后出炉空冷；
步骤四：渗碳后热处理，所述渗碳后热处理包括高温回火工艺和油冷淬火工艺，所述高温回火工艺为将工件加热至620～700℃保温4～8小时后空冷，所述油冷淬火工艺为将高温回火后工件加热至500～600℃保温2～4小时后再加热至810～840℃淬火保温2～5小时后油冷；
步骤五：对油冷淬火后工件及时进行低温回火工艺，所述低温回火工艺为将工件加热至170～220℃保温3～8小时后空冷。
在本发明的一个具体实施例中，所述步骤三为将工件加热至920～950℃，在渗碳介质中以1.1％～1.4％碳势渗碳3～5小时，再以0.75％～0.85％碳势渗碳6～10小时，渗碳后随炉冷却至800～880℃后出炉空冷。
优选地，所述渗碳介质是以煤油为渗碳剂，以甲醇为稀释剂的渗碳介质。
本发明在电渣重熔时尽可能控制金属杂质和气体的混入，保证原材料的纯净度。该材料中Cr、Ni、Mo元素含量较高，对钢起着强化作用，尤其是Cr、Ni作用，明显使钢的强度增加，所以正火后进行一次高温回火。渗碳过程分强渗期和扩散期，为使齿轮的齿面与芯部具有较高的碳浓度浓度，强渗期通常采用较高碳势，强渗期相应缩短，扩散期为了增强碳的扩散能力，扩散期时间比强碳时间长2倍。零件渗碳结束后冷却得又较慢，容易析出网状或块状的过剩碳化物，为了细化晶粒，再次进行高温回火，淬火油冷后的低温回火可以消除工件中残余应力。
本发明提供的技术方案的优点在于，本发明工艺步骤设计合理且操作简单；工件质量提高，解决煤机承载件失效问题，大大提高产品使用寿命；热处理工艺成本下降进而减少了产品制作成本。CrNiMo产品机械性能如下表
Figure BDA00002264205300021
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
以采用CrNiMo系钢材料加工齿轮为例，其加工工艺包括如下步骤：
步骤一：采用电渣重熔技术，控制钢中合金元素的含量，以重量百分比计C：0.14％、Cr：1.65％、Si：0.17％、Mn：0.4％、Mo：0.36％、Ni：1.6％、P：0.035％、S：0.030％获得钢锭，熔炼过程中控制其它金属杂质和气体的混入，保证原材料的纯净度，而后对钢锭进行模锻成型；
步骤二：为了消除锻造所产生的应力，对工件进行预先热处理工艺，预先热处理工艺包括正火工艺和高温回火工艺，正火工艺为将工件加热至600℃保温3.5小时后再加热至890℃保温6小时后空冷，由于该系钢含Cr、Ni、Mo元素较高，对刚起着强化作用，尤其是Cr、Ni作用，明显使钢的强度增加，正火后工件需进行高温回火，将工件加热至670℃保温4小时后空冷；
步骤三：对预先热处理后工件进行恒温变碳势气体渗碳工艺处理，恒温变碳势气体渗碳工艺为将工件加热至920℃，采用以煤油为渗碳剂，以甲醇为稀释剂的渗碳介质渗碳，渗碳过程分强渗期和扩散期，强渗时期碳势较高，控制在1.25％，强渗时间为3小时，扩散的碳势控制在0.75％，扩散时间为6小时；渗碳后随炉冷却至800℃后出炉空冷；
步骤四：渗碳后热处理，零件渗碳结束后冷却得又较慢，容易析出网状或块状的过剩碳化物，所以渗碳后热处理包括高温回火工艺和油冷淬火工艺，高温回火工艺为将工件加热至680℃保温8小时后空冷，油冷淬火工艺为将高温回火后工件加热至560℃保温4小时后再加热至820℃淬火保温4小时后油冷；
步骤五：对油冷淬火后工件及时进行低温回火工艺，所述低温回火工艺为将工件加热至220℃保温8小时后空冷，最后对齿轮进行检验金相组织与机械性能，并进行强化喷丸处理即可。
实施例2：
以采用CrNiMo系钢材料加工齿轮为例，其加工工艺包括如下步骤：
步骤一：采用电渣重熔技术，控制钢中合金元素的含量，以重量百分比计C：0.19％、Cr：1.5％、Si：0.24％、Mn：0.48％、Mo：0.25％、Ni：1.7％、P：0.022％、S：0.017％获得钢锭，熔炼过程中控制其它金属杂质和气体的混入，保证原材料的纯净度，而后对钢锭进行模锻成型；
步骤二：为了消除锻造所产生的应力，对工件进行预先热处理工艺，预先热处理工艺包括正火工艺和高温回火工艺，正火工艺为将工件加热至660℃保温2小时后再加热至950℃保温10小时后空冷，由于该系钢含Cr、Ni、Mo元素较高，对刚起着强化作用，尤其是Cr、Ni作用，明显使钢的强度增加，正火后工件需进行高温回火，将工件加热至650℃保温7.5小时后空冷；
步骤三：对预先热处理后工件进行恒温变碳势气体渗碳工艺处理，恒温变碳势气体渗碳工艺为将工件加热至940℃，采用以煤油为渗碳剂，以甲醇为稀释剂的渗碳介质渗碳，渗碳过程分强渗期和扩散期，强渗时期碳势较高，控制在1.1％，强渗时间为4小时，扩散的碳势控制在0.8％，扩散时间为8小时；渗碳后随炉冷却至880℃后出炉空冷；
步骤四：渗碳后热处理，零件渗碳结束后冷却得又较慢，容易析出网状或块状的过剩碳化物，所以渗碳后热处理包括高温回火工艺和油冷淬火工艺，高温回火工艺为将工件加热至620℃保温4小时后空冷，油冷淬火工艺为将高温回火后工件加热至500℃保温3小时后再加热至840℃淬火保温5小时后油冷；
步骤五：对油冷淬火后工件及时进行低温回火工艺，所述低温回火工艺为将工件加热至210℃保温5小时后空冷，最后对齿轮进行检验金相组织与机械性能，并进行强化喷丸处理即可。
实施例3：
以采用CrNiMo系钢材料加工齿轮为例，其加工工艺包括如下步骤：
步骤一：采用电渣重熔技术，控制钢中合金元素的含量，以重量百分比计C：0.16％、Cr：1.8％、Si：0.35％、Mn：0.6％、Mo：0.3％、Ni：1.4％、P：0.005％、S：0.005％获得钢锭，熔炼过程中控制其它金属杂质和气体的混入，保证原材料的纯净度，而后对钢锭进行模锻成型；
步骤二：为了消除锻造所产生的应力，对工件进行预先热处理工艺，预先热处理工艺包括正火工艺和高温回火工艺，正火工艺为将工件加热至700℃保温6小时后再加热至915℃保温3小时后空冷，由于该系钢含Cr、Ni、Mo元素较高，对刚起着强化作用，尤其是Cr、Ni作用，明显使钢的强度增加，正火后工件需进行高温回火，将工件加热至700℃保温10小时后空冷；
步骤三：对预先热处理后工件进行恒温变碳势气体渗碳工艺处理，恒温变碳势气体渗碳工艺为将工件加热至950℃，采用以煤油为渗碳剂，以甲醇为稀释剂的渗碳介质渗碳，渗碳过程分强渗期和扩散期，强渗时期碳势较高，控制在1.4％，强渗时间为5小时，扩散的碳势控制在0.85％，扩散时间为10小时；渗碳后随炉冷却至845℃后出炉空冷；
步骤四：渗碳后热处理，零件渗碳结束后冷却得又较慢，容易析出网状或块状的过剩碳化物，所以渗碳后热处理包括高温回火工艺和油冷淬火工艺，高温回火工艺为将工件加热至700℃保温6小时后空冷，油冷淬火工艺为将高温回火后工件加热至600℃保温2小时后再加热至810℃淬火保温2小时后油冷；
步骤五：对油冷淬火后工件及时进行低温回火工艺，所述低温回火工艺为将工件加热至170℃保温3小时后空冷，最后对齿轮进行检验金相组织与机械性能，并进行强化喷丸处理即可。
上述各个实施例所得齿轮成品的各项机械性能如下表所示
Figure BDA00002264205300051

Claims (3)

1.一种CrNiMo系钢材料加工工艺，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：采用电渣重熔技术，控制钢中合金元素的含量，以重量百分比计C：0.14～0.19％、Cr：1.5～1.8％、Si：0.17～0.35％、Mn：0.4～0.6％、Mo：0.25～0.36％、Ni：1.4～1.7％、P：0～0.035％、S：0～0.030％获得钢锭，而后对钢锭进行锻造；
步骤二：对工件进行预先热处理工艺，所述预先热处理工艺包括正火工艺和高温回火工艺，所述正火工艺为将工件加热至600～700℃保温2～6小时后再加热至890～950℃保温3～10小时后空冷，所述高温回火工艺为将正火后工件加热至650～700℃保温4～10小时后空冷；
步骤三：对预先热处理后工件进行渗碳处理，所述渗碳处理为将工件加热至920～950℃，在渗碳介质中渗碳9～15小时，渗碳后随炉冷却至800～880℃后出炉空冷；
步骤四：渗碳后热处理，所述渗碳后热处理包括高温回火工艺和油冷淬火工艺，所述高温回火工艺为将工件加热至620～700℃保温4～8小时后空冷，所述油冷淬火工艺为将高温回火后工件加热至500～600℃保温2～4小时后再加热至810～840℃淬火保温2～5小时后油冷；
步骤五：对油冷淬火后工件及时进行低温回火工艺，所述低温回火工艺为将工件加热至170～220℃保温3～8小时后空冷。
2.根据权利要求1所述的CrNiMo系钢材料加工工艺，其特征在于：所述步骤三为将工件加热至920～950℃，在渗碳介质中以1.1％～1.4％碳势渗碳3～5小时，再以0.75％～0.85％碳势渗碳6～10小时，渗碳后随炉冷却至800～880℃后出炉空冷。
3.根据权利要求2所述的CrNiMo系钢材料加工工艺，其特征在于：所述步骤三中渗碳介质是以煤油为渗碳剂，以甲醇为稀释剂的渗碳介质。
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